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入門仿真

仿真的第一要?jiǎng)?wù)就是要搞清楚層與層之間的反射、透射關(guān)系，也就是復(fù)雜的背景場(chǎng)。

這個(gè)背景場(chǎng)有兩種方法：一是用fresnel equation計(jì)算出來解析解，該方法遇見多層，尤其是有奇奇怪怪的介電常數(shù)的時(shí)候，難度較大；二是用comsol進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

?從最簡(jiǎn)單的官方案例庫(kù)中的fresnel equation開始學(xué)習(xí)。該案例主要是用仿真值和理論值進(jìn)行對(duì)比，判斷仿真的準(zhǔn)確性。該方法也是廣為流傳的two step method的基礎(chǔ)。

首先是理論計(jì)算，假設(shè)入射角是

，那么通過fresnel equation可以計(jì)算出，s分量和p分量的反射和透射系數(shù)：

? ?反射率為

，透射率為

。理論值已經(jīng)有了，下面進(jìn)行仿真，具體參數(shù)設(shè)置見案例，下面只說我認(rèn)為的細(xì)節(jié)。

? ?仿真結(jié)構(gòu)如下圖：共兩層，上面一層是空氣，下面一層是玻璃，定義了兩個(gè)端口，上面是入射端口，下面是出射端口。

邊界條件使用周期性邊界條件，KF選擇通過端口計(jì)算(以前版本貌似要自己寫)，在進(jìn)行網(wǎng)格化的時(shí)候，最好通過copy face的方法實(shí)現(xiàn)，有利于計(jì)算的收斂性。

port的設(shè)置對(duì)新手是最有迷惑性的地方，comsol中port端口入射角度有兩個(gè)輸入?yún)?shù)，如下圖：

那么comsol是怎么定義這兩個(gè)角度的方向的呢？我沒有找到官方資料，根據(jù)案例和圖形描述，elevation angle應(yīng)該是與port法線的夾角，Azimuth angle應(yīng)該是與x軸的夾角。

? ?首先將入射波設(shè)為TM波，也就是H方向垂直于入射面。那么結(jié)合剛說的內(nèi)容，當(dāng)Azimuth angle=0時(shí)，入射面為xz平面，所以案例中將H0的y方向振幅設(shè)置為1。這時(shí)候反射率和折射率對(duì)應(yīng)的是p分量，可以在案例結(jié)果中看到兩種方法結(jié)果符合的很好。? ?然后將入射波設(shè)為TE波，也就是說E方向垂直于入射面。同理，案例中將E0的y方向振幅設(shè)置為1。這時(shí)候反射率和折射率對(duì)應(yīng)的是s分量，可以在案例結(jié)果中看到兩種方法結(jié)果依然符合的很好。

? ?這時(shí)候如果加入Azimuth angle，比如設(shè)置為60[deg]，運(yùn)行試試會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？如果只改變這一個(gè)地方，那么結(jié)果就會(huì)出問題。因?yàn)榇藭r(shí)的入射面已經(jīng)變了。很多初學(xué)者很容易忽略這個(gè)問題！如何更改？

? ?還是以TE波為例，如Azimuth angle=60[deg]，那么E0x = sin(60[deg])，E0y = -cos(60[deg])。將入射光更改后，再與s分量比較，又可以吻合了。

來源：iFanFan

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的COMSOL纳米光学仿真的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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